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机械自动化原理及应用】作业一
1、简答题（1 分/题）（总 20 分）
1)现代机械由哪四个部分组成?
工作机构、传动机构、原动机、自动控制系统
2)实现自动控制主要有哪四类方法?
电气控制、机械控制、液压控制、气动控制
3)电气拖动的发展阶段包括哪三个阶段?
单电机拖动，多电机拖动，交直流无级调速
4)电气控制系统的发展包括哪四个阶段？
*手动控制→继电器控制→可编程控制器PLC→大容量、高速、高性能、对大规模复杂控制系统能进行综合控制
5) 电器按电压等级分为哪几类？
低压电气，高压电器
6) 电器按用途分为哪几类？
控制电器、配电电器、主令电器、保护电器、执行电器
7) 电器按动作原理分为哪几类？
手动电器、自动电器
8)交流和直流电源的安全电压是多少？
36V和24V
9)低压电器图形符号由哪部分组成？
符号要素，一般符号，限定符号
10)低压电器文字符号由哪部分组成？
基本文字符号，辅助文字符号，补充文字符号
11)常用低压电器包括那几类？
低压控制电器、低压配电电器、低压主令电器、低压保护电器、低压执行电器
12)常用开关电器包括那几类？
刀开关、组合开关、自动开关，按钮开关，行程开关，感应开关
13)光电开关与接近开关相比具有的特点是什么？
*接近开关：当开关接近某一物体时，即发出控制信号。
　　光电开关：利用被检测物对光束的遮挡或反射，由同步回路选通电路，从而检测物体有无的。物体不限于金属，所有能反射光线的物体均可被检测。
14)固态继电器与普通继电器相比具有的特点是什么？
*普通继电器：驱动简单，隔离好，短时过载忍耐性好；但体积较大，响应速度慢，驱动继电器的功耗较大。
固态继电器：体积小，反应灵敏；但抗电冲击性较差，隔离性稍差（光耦合器件除外），大电流负载特性变差
15)开关电器主要包括哪几种？
刀开关、组合开关、自动开关，按钮开关，行程开关，感应开关
16)电气控制系统图包括哪三种图？
电气原理图、电气布置图、电气安装接线图
17)光电开关按检测方式可分为哪三种类型？
反射式、对射式、镜面反射式
18)光电开关按结构可分为哪三种类型。
放大器分离型、放大器内藏型、电源内藏型
19)继电器按输入信号的性质可分为哪几类？
电流继电器、电压继电器、压力继电器、温度继电器、时间继电器、速度继电器、功率继电器
20)继电器按工作原理可分为哪几类？
电磁式、感应式、电动式、电子式、热继电器
2、简述题（5 分/题）（总 20分）
1)什么是电气控制系统图？主要有哪几种形式？
为了便于对控制系统进行设计、研究分析、安装调试、使用维修，需要对电气控制系统中各电气元件及相互连接用国家规定的统一符号和图形表示出来
它包括了：电气原理图、电器布置图、电器安装接线图
2)什么是电气控制原理图？主要有哪几种电路？
电气控制原理图是为了便于阅读和分析控制电路的各种功能，用各种符号、电气连接联系起来描绘全部或部分电气设备的工作原理的电路图。
包括：主电路、控制电路、信号电路、照明电路、保护电路
3)简述反接制动的原理、特点及适用范围。
原理：在电动机的三相电源被切断后，立刻通上 与原相序相反的三相交流电源，使绕组产生的旋转磁场与转子惯性旋转方向相反，利用反方向的制动力矩使电动机迅速停止转动
特点：冲击电流大，制动力矩大，制动迅速。但制动准确性差制动过程中冲击强烈易损坏传动部件，制动能耗大
适用范围：系统惯性大，制动要求迅速且不频繁的场合。如镗床。
4)简述能耗制动的原理、特点及适用范围。
原理：在三相异步电动机切断三相交流电源后，迅速给定子绕组通入直流电流，产生静止磁场。此时电动机转子因惯性而继续运转产生感应电流，感应电流与静止磁场相互作用，产生制动力矩。
特点：制动准确平稳，能量消耗小，但制动力量较弱，特别是低速时制动效果不佳。另外，要附加直流电源装置，成本高。
适用范围：制动要求准确平稳，起动和制动频繁，如磨床，立式铣床。
3、设计题（总 40 分）
1)根据下面的逻辑表达式，画出对应的电气原理图。（2 分）
KM2= #SB2·#FR12·BV·{SB3·SB4+[#SB5+KM3·(SB3+#KA)]·KA}·#KM4
第一题图

第二题图 图2-27

2)写出图 2-27 中 KM2 的逻辑表达式。（2 分）
KM2= #FR·SB1·(SB2+KM1)·#KM3·(KT+KM2)
3)写出图 2-28 中 b)图的 KM2 的逻辑表达式。（2 分）
KM2= #FR·#SB1·[KM2+(SB2+KM)·KT]
第四题图 图2-30

第三题图 图2-28 b

4)写出图 2-30 中 KM2 的逻辑表达式。（2 分 ）
KM2= #FR·#SB1·(SB3+SQ2+KM2)·#SB2·#SQ1·#SQ3·#KM1
5)写出图 2-38 中 b)图的 KM3 的逻辑表达式。（2 分）
KM3= #FR·#SB1·(SB2+KM1+KM2)·SA·#KM1
第六题 电气原理图

第五题图 图2-38

6)设计用按钮实现长动和点动的控制电路。（5 分）
(1)画出电气原理图（包括图区的编号、用途栏、接触器和继电器触头的索引表）。
(2)写出各接触器、继电器的逻辑表达式。
KM= #SB1·[SB2+KM·#SB3+SB3]
7)设计多地点起动（三点）和多地点（三点）停止控制电路。（5分）
(1)画出电气原理图（包括图区的编号、用途栏、接触器和继电器触头的索引表）。
第七题图 电气原理图

(2)写出各接触器、继电器的逻辑表达式。
KM= #SB1·[SB2+SB3+SB4+KM]·#SB5·#SB6·#SB7
8)设计一台三相电机停车正反转控制电路，正反转启动均为定子串电阻降压启动。（15 分） (1)画出电气原理图（包括主电路、图区的编号、用途栏、接触器和继电器触头的索引表）。
第八题图 电气原理图

(2)说明各主要元件的名称及作用。
QS：三极刀开关，用以电源开关
KM1：接触器主触头，用以实现降压起动（正转）
KM2：接触器主触头，用以实现正常工作（正转）
KM3：接触器主触头，用以实现降压起动（反转）
KM4：接触器主触头，用以实现正常工作（反转）
FU1：熔断器，防止短路，保护电路
FU2：熔断器
FR：热继电器，实现过载保护
SB1：常闭按钮开关，用以断开电路
SB2：常开按钮开关，用以启动电源正转
SB3：常开按钮开关，用以启动电源反转
KM1：接触器动合触头，用以实现正转自锁（7）
KM1：接触器动断触头，用以实现正反转电路互锁（9）
KM3：接触器动合触头，用以实现反转自锁（10）
KM3：接触器动断触头，用以实现正反转电路互锁（6）
KT1：通电时间继电器，实现正转降压启动和正常工作的延时切换
KT2：通电时间继电器，实现反转降压启动和正常工作的延时切换
(3)写出各接触器、继电器的逻辑表达式。
KM1= #FR·#SB1·(SB2+KM1)·#KM3
KM2= #FR·#SB1·(SB2+KM1)·KT1
KT1= #FR·#SB1·(SB2+KM1)
KM3= #FR·#SB1·(SB2+KM3)·#KM1
KM4= #FR·#SB1·(SB3+KM3)·KT2
KT2= #FR·#SB1·(SB3+KM3)
4、第二章后面的习题 1~4 题（5 分/题） （总 20分）
（1）图2-1为机床自动间歇润滑的控制电路图，KM控制润滑泵电机运行。试说明工作原理，指出开关SA和按钮SB的作用
当开关SA闭合时，KM和KT1得电，KM控制润滑泵电机运行。KT1延时闭合，KA和KT2得电，KA常闭触头断开，KM和KT1断电，润滑泵电机停止工作；KA常开触头闭合，实现自锁。KT2延时断开，KA断电，使KA常闭触头闭合，实现间歇润滑。
开关SA：控制自动间歇润滑
按钮SB：实现手动润滑。

（2）试用延时动作瞬时复位时间继电器、中间继电器、按钮开关等画出控制一个电机只通电一定时间的电路

4（2）电路原理图

（3）在图2-31b能耗制动控制电路中，若用断电延时触头代替该图中的通电延时触头，控制电路该如何修改
图 2-31b 修改前

修改后

（4）若将图2-38c中的开关SA改为控制按钮，且不改变原电路功能，请设计该电路图

修改后

图2-38c 修改前

【机械自动化原理及应用】作业二
1、简答题（1 分/题）（总 8 分）
1）交流异步电机的调速方法大致可分为那 3 类？
变频调速，变极调速，变转差率调速
2）调速的性能指标有那些？
调速范围，调速平滑性，静差度，经济性
3）按电动机特性调速可分为哪 2 类？
恒功率调速，恒转矩调速
4）变频器有哪 2 类？
交—交变频器，交—直—交变频器
5）变换电路主要有哪 3 种？
整流电路，逆变电路，开关电路
6）电气控制原则主要有哪 4 类？
时间控制，速度控制，电流控制，行程控制
7）PLC 常用的程序表达方式有哪 5 种？
继电器梯形图，逻辑功能图，功能流程图，逻辑代数表达式，指令语句程序
8）PLC 中主要编程元件元件有哪 7 类？
输入继电器，输出继电器辅助继电器，移位寄存器，定时器，计数器，特殊辅助继电器器
2、简述题（4 分/题）（总 28分）
1）什么是调速和稳速？主要有哪两种调速系统结构及特点？
调速：即速度调节，是指在电力拖动系统中人为地改变电动机转速以满足生产机械不同转速要求
稳速：使电动机转速不随外界扰动而变化，始终能精确地保持给定的数值上
开环调速系统：不能克服外界扰动带来的转速变化，不能进行精确地速度控制
闭环调速系统：增加了速度反馈环节，使系统能很快消除干扰，电动机转速始终精确保持在给定的数值上
2）什么是静差度？简单说明静差度与调速范围两者之间的关系。
静差度：即速度的稳定度，是衡量转速随负载变动程度的静态指标。
静差度S和调速范围D两项指标是相互制约的。负载要求S大，D也大，负载要求S小，D也小，两者必须同时提出才有意义
3）简单说明直流电机调压调速的工作原理；并画出调压调速的机械特性图。
调压调速的机械特性图
调磁调速的机械特性
通过改变电枢电压Ud进行调速，保持磁通Ф和电枢电阻Rd不变，将电枢电压的Ud减小，则其机械特性的斜率不变，而空载转速会减小，于是得到一簇以Ud为参数的平行直线，在允许的静差度内可获得低于额定转速的额外速度
4）简单说明直流电机调磁调速的工作原理；并画出调磁调速的机械特性图。
当电枢电压不变时，随着磁通的减小，电动机转速升高其输出转矩会相应降低，在额定电压和额定电流下，不同转速时，电动机始终可以输出额定功率
5）简述机械电气设计的的基本要求
1. 熟悉所设计机床(设备)的总体技术要求及工作过程，弄清其他系统对电气控制系统的技术要求。
2. 了解机床(设备)的现场工作条件，供电情况及测量仪表的种类。
3. 通过技术经济分析，选择性能价格比最佳的传动方案和控制方案。
4. 设计简单合理、技术先进、工作可靠、维修方便的电气控制电路。进行模拟试验，验证控制电路能否满足机床的工艺要求。
5. 保证使用的安全性，贯彻最新国家标准
6）简述热继电器的选用原则
1. 根据电动机的额定电流来确定热继电器的额定电流以及发热元件的电流等级
2. 星型接线的电动机可选两相或三相结构式的，对三角型接线的电动机应选择带断相保护的热继电器
3. 热元件的额定整定电流值一般按电动机额定电流的0.98~1.05倍选用
4. 热继电器的额定电流应大于等于热元件的额定整定电流
7）画出 PLC 的周期工作方式图，每个周期包括哪三个阶段并作说明？
输入采样阶段：当PLC开始周期工作时，控制器首先以扫描方式顺序读入所有的输入端的信号状态，并逐一存入输入状态寄存器
程序执行阶段：PLC的用户程序决定了输入信号与输出信号之间的具体关系
输出刷新阶段：在所有的指令执行完毕后，输出状态寄存器中的状态在输出刷新阶段转存到输出锁存器锁存，驱动输出线圈形成PLC实际输出。
3、设计题（总 39 分）
1)根据下面 PLC 指令语句程序，画出对应的梯形图。5 分

3-1 梯形图

LD X400 ANI X400 LD T450
OR Y430 ANI X430 ANI Y432
ANI X402 OUT Y431 OUT Y433
ANI X401 LD Y430 END
ANI X431 OR Y431
OUT Y430 OUT T450
LD X401 ANI T450
OR Y431 ANI Y433
ANI X402 OUT Y432
2)根据书中图 9-30 的梯形图，写出对应的指令语句程序。4 分
图9-30 Y-△降压启动

3)设计采用 PLC（F-40M）控制一台电机能耗制动的控制电路（20 分）
(1)画出主电路原理图。
主电路原理图

PLC端子分配和外部接线图

(2)画出 PLC 的端子分配及外部接线图。
(3)说明各主要元件的名称及作用。
SB1：急停按钮，控制电机制动
SB2：启动按钮
FR：热继电器，防止电机过载
KM1：接触器，控制电机启动
KM2：接触器，控制制动
KT：时间继电器，控制制动时间
LD X401 K 2
OR Y430 ANI T450
ANI X400 AND Y430
ANI Y431 OUT Y431
OUT Y430 END
LD X400
OR Y431
OUT T450
(4)画出梯形图（包括注译）。

(5)写出指令语句。
4、第四章后面的习题 2、3、15 题（5分/题）（总 15分）
（2）恒转矩调速和恒功率调速有什么区别？各适用于何种机械负载？用何种方法实现这两种调速？
恒转矩调速：电动机输出的转矩恒定，而输出功率随转速线性变化。适用于大部分机床的进给运动及工作在计算转矩一下的主运动等恒转矩类负载。由调压调速实现。
恒功率调速：在调速过程中，电机始终输出额定功率，而输出转矩T与转速n成反比，适用于工作在计算转速以上的机床运动等恒功率类机械负载，可以由变激磁的方法获得。
（3）某直流调速系统，其最高空载转速和最低空载转速分别为：n0max=1450r/min，nomin=145r/min，额定负载下的稳定速降为△ne=10r/min，试问系统的调速范围有多大？系统允许的静差度是多少？
D=nmaxnmin=1450145=10
S=n0-nen0=∆nen0=10145=0.069
（15）交—交变频器，交—直—交变频器各有什么特点
比较内容
交—交变频器
交—直—交变频器
换能方式
一次换能，效率较高
两次换能，效率较低
换流方式
电网电压过零点换流
强迫换流或负载换流
元件数量
较多
较少
元件利用率
较低
较高
调频范围
输出最高频率为电网频率的1/3~1/2
频率调节范围广
电网功率因数
较低
如用可控整流桥调压，则低频低压时功率因数较低，利用PWM方式调压，功率因素较高
适用场合
低速大功率拖动
各种拖动装置

5、第九章后面的习题 2、3 题（5分/题）（总 10 分）
（2）描叙PLC的工作方式。输入状态寄存器，输出状态寄存器，输出锁存器在PLC工作中各起什么作用
PLC是通过一种周期的工作方式来完成控制的，每个周期包括输入采样，程序执行，输出刷新
输入状态寄存器：控制器以扫描方式读入所有的输入端的信号状态，并逐一存入输入状态寄存器。
输出状态寄存器：执行指令时先读入输入状态寄存器的状态，若程序中规定要读入某输出状态，也在此时从输出状态寄存器的某对应位读入，然后逻辑运算，运算结果存入输出状态寄存器。
输出锁存器：所有指令执行完毕后，输出状态寄存器中的状态在输出刷新阶段转存刀输出锁存器锁存，驱动输出线圈，形成PLC的实际输出
（3）用两个定时器设计一个定时电路.在X405接通1000s后将Y535接通（提示：两个定时器的设定值之和等于1000s）